Lý thuyết ô tô Đề tài tính toán:khảo sát hệ thống phanh xe bán tải for ranger

- Hệ thống phanh dừng phanh tay: Thường được điều khiển bằng tay nhờ đòn kéo hoặc các đòn dẫn động để giữ cho xe đứng yên trong thời gian dài và đứng trên dốc, hệ thống phanh dừng yêu cầ

ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ

-LÝ THUYẾT Ô TÔ

Đề tài:

TÍNH TOÁN/KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHANH XE

BÁN TẢI FOR RANGER

Đồng Nai, 8/2024

ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ

-LÝ THUYẾT Ô TÔ

Đề tài:

TÍNH TOÁN/KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHANH XE

BÁN TẢI FOR RANGER

Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Nguyễn Hoàng Luân

Đồng Nai, 8/2024

LỜI NÓI ĐẦU

Giao thông vận tải chiếm vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, đặc biệt là đối với các nước có nền kinh tế phát triển Có thể nói rằng mạng lưới giao thông vận tải là mạch máu của một quốc gia, một quốc gia muốn phát triển nhất thiết phải phát triển mạng lưới giao thông vận tải Trong hệ thống giao thông vận tải của chúng ta ngành giao thông đường bộ đóng vai trò chủ đạo và phần lớn lượng hàng và người được vận chuyển trong nội địa bằng ô tô

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành ô tô ngày càng phát triển hơn Khởi đầu từ những chiếc ô tô thô sơ hiện nay ngành công nghiệp ô tô đã có sự phát triển vượt bậc nhằm đáp ứng những yêu cầu của con người Những chiếc ô tô ngày càng trở nên đẹp hơn, nhanh hơn, an toàn hơn, tiện nghi hơn để theo kịp với xu thế của thời đại

Song song với việc phát triển ngành ô tô thì vấn đề đảm bảo an toàn cho người và xe càng trở nên cần thiết Do đó trên ô tô hiện nay xuất hiện rất nhiều cơ cấu bảo đảm an toàn như: cải tiến cơ cấu phanh, dây đai an toàn, túi khí, trong đó cơ cấu phanh đóng vai trò quan trọng nhất Cho nên khi thiết kế hệ thống phanh phải đảm bảo phanh có hiệu quả cao, an toàn ở mọi tốc độ nhất là ở tốc độ cao, để nâng cao năng suất vận chuyển người và hàng hóa là điều rất cần thiết

Đề tài này nhóm em có nhiệm vụ “Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe Ford

Ranger ”.

Được sự hướng dẫn rất tận tình của Thầy cùng với sự cố gắng bản thân của nhóm em

đã hoàn thành nhiệm vụ đồ án này Vì thời gian, kiến thức nhóm em có hạn nên trong

đồ án này còn mắc những sai sót nhất định, em mong Thầy chỉ bảo dặn dò để đề tài này được hoàn thiện hơn

Đồng nai, ngày 29 tháng 08 năm 2024

Thành viên thực hiện Nguyễn Trường Kỳ

Hà Trung Đức Phạm Bình Dương Nguyễn Thanh Sang

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ 4

1.1 Nhệm vụ, yêu cầu, phân loại 4

1.1.1 Nhiệm vụ 4

1.1.2 Yêu cầu 4

1.1.3 Phân loại 5

1.2 Kết cấu của hệ thống phanh 6

1.2.1 Cơ cấu phanh…….6

1.2.2 Các dạng dẫn động phanh….19

1.2.3 Kết cấu trợ lực phanh……27

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE FORD RANGER 32

2.1 Giới thiệu xe tham khảo 32

2.2 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế hệ thống phanh 34 2.2.1 Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu phanh 34

2.2.2: Lựa chọn phương án thết kế dẫn động phanh 36

2.3 Tính toán thiết kế hệ thống phanh trên xe Ford Ranger 37 2.3.1 Mô men phanh yêu cầu của hệ thống phanh 37

2.3.2 Tính toán thiết kế cơ cấu phanh 41

2.3.3 Tính toán thiết kế hệ dẫn động phanh 47

2.4 Tính toán bền một số chi tiết 54

+) KẾT LUẬN CHƯƠNG 2: 59

CHƯƠNG III KHAI THÁC SỬ DỤNG HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE FORD RANGER 60

3.1: Nội dung bảo dưỡng kỹ thuật các cấp hệ thống phanh: 60 3.1.1: Nội dung bảo dưỡng kỹ thuật 60

3.1.2: Một số công việc kiểm tra và điều chỉnh: 62

3.2 một số hư hỏng điển hình và biện pháp khắc phục: 65

3.2.1: Bàn đạp thấp hoặc bị hẫng: 65

3.2.2 Bó phanh: 66

3.2.3 Phanh lệch: 66

3.2.4 Tiềng ồn từ phanh: 66

3.2.5 Phanh quá ăn: 67

KẾT LUẬN

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ

1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại

1.1.1 Nhiệm vụ

Hệ thống phanh là một hệ thống rất quan trọng trên ô tô nó đảm bảo chức năng an toàn chuyển động nên nó có một số công dụng sau:

- Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ôtô đến một tốc độ nào đó hoặc đến khi dừng hẳn

- Hệ thống phanh cũng sử dụng để giữ ô tô đứng tại chỗ kể cả trên các dốc

- Hệ thống phanh đóng vai trò là một hệ thống an toàn đảm bảo tăng tốc độ chuyển động của ô tô và tăng năng suất vận chuyển

1.1.2 Yêu cầu

Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Có hiểu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe, nghĩa là đảm bảo quãng đường phanh ngắn nhất, khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm

- Điều khiển nhẹ nhàng và thuận lợi: Lực tác dụng lên bàn đạp hay cần kéo điều khiển phù hợp với khả năng thực hiện liên tục của con người

1.1.3 Phân loại

a) Theo công dụng:

- Hệ thống phanh chính (phanh chân): Thường điều khiển bằng chân sử dụng để giảm tốc độ hoặc dừng hẳn xe trong khi xe đang chuyển động

- Hệ thống phanh dừng (phanh tay): Thường được điều khiển bằng tay nhờ đòn kéo hoặc các đòn dẫn động để giữ cho xe đứng yên trong thời gian dài và đứng trên dốc,

hệ thống phanh dừng yêu cầu phải có hệ thống dẫn động và cơ cấu phanh độc lập hoặc

có thể cùng trong một cơ cấu phanh với cơ cấu phanh chính nhưng phải dẫn độc lập c) Theo kết cấu cơ cấu phanh:

- Dạng tang trống: Phụ thuộc vào dạng bố trí guốc phanh, dạng dẫn động điều khiển

cơ cấu phanh như: thủy lực, cơ khí, khí nén

- Dạng đĩa: Phụ thuộc vào số lượng đĩa, bố trí cụm xylanh công tác (loại có giá cố định và có giá di động)

d) Theo mức độ hoàn thiện hệ thống phanh:

- Hệ thống phanh có trang bị hệ thống chống khóa cứng bánh xe ABS (Antilock Braking System), có thể tổ hợp cả hệ thống TRC (Traction control) điều khiển lực kéo chống trượt quay bánh xe

- Bộ điều hòa lực phanh thông thường

1.2 Kết cấu của hệ thống phanh( gồm 3 phần chính):

1.2.1 Cơ cấu phanh

a) Cơ cấu phanh đĩa:

Cấu tạo của cơ cấu phanh đĩa gồm các bộ phận chính :

- Một đĩa phanh được lắp với moayơ của bánh xe và quay cùng bánh xe

- Một giá đỡ cố định trên dầm cầu trong đó có đặt các xy lanh bánh xe Loại giá đỡ cố định: Khi phanh, áp suất chất lỏng tác động lên các piston trong các xy lanh công tác

và đẩy các má phanh ép vào đĩa phanh thực hiện quá trình phanh

- Loại giá đỡ di động: Ở loại này giá đỡ không bắt cố định mà có thể di trượt ngang được trên một số chốt bắt cố định với dầm cầu Trong giá đỡ di động người ta chỉ bố trí một xy lanh bánh xe với một pittông tì vào một má phanh Má phanh ở phía đối diện được gá trực tiếp trên giá đỡ Tự động điều chỉnh khe hở má phanh, đĩa phanh:

Cơ cấu phanh đĩa phổ biến dùng các cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở má phanh và đĩa phanh Kết cấu thường sử dụng là lợi dụng biến dạng của phớt bao kín (vành khăn)

để hồi vị pit tông lực trong xilanh Phớt bao kín nằm trong rãnh của xilanh làm nhiệm

vụ bao kín khoang dầu có áp suất khi phanh

b) Cơ cấu phanh guốc - phanh tang trống:

Nguyên lí hoạt động: Trong trường hợp dẫn động bằng thuỷ lực, khi phanh áp suất chất lỏng trong xylanh công tác tác dụng lên piston và đẩy các guốc phanh ép vào tang trống thực hiện quá trình phanh

- Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục

- Cơ cấu phanh đối xứng qua trục với dẫn động phanh thủy lực

- Cơ cấu phanh đối xứng qua trục với xilanh dẫn động phanh thủy lực trình bày trên hình 1.7 Cơ cấu phanh được bố trí trên cầu sau ô tô con và tải nhỏ, có xilanh thủy lực

11 điều khiển ép guốc phanh vào trống phanh

- Cơ cấu phanh đối xứng qua trục với dẫn động phanh khí nén:

- Cơ cấu phanh được bố trí trên cầu trước ô tô tải vừa và nặng, với dẫn động phanh bằng khí nén, có xilanh khí nén điều khiển cam xoay ép guốc phanh vào trống phanh Phần quay của cơ cấu phanh là tang trống Phần cố định bao gồm mâm phanh được bắt cố định trên dầm cầu

Khi phanh, xilanh khí nén đẩy đòn quay, dẫn động quay trục và cam quay ngược chiều kim đồng hồ Con lăn tựa lên biên dạng cam đẩy guốc phanh về hai phía, ép má phanh sát vào trống phanh để thực hiện quá trình phanh

+ Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm:

Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm được thể hiện trên hình Sự đối xứng qua tâm ở đây được thể hiện trên mâm phanh cùng bố trí hai chốt guốc phanh, hai xi lanh bánh

xe, hai guốc phanh hoàn toàn giống nhau và chúng đối xứng với nhau qua tâm + Guốc phanh và má phanh:

Guốc phanh và má phanh liên kết với nhau nhờ dán hoặc tán Má phanh được chế tạo

từ vật liệu chịu mài mòn, có hệ số ma sát ổn định trước sự biến động nhiệt độ của má phanh, hệ số ma sát giữa má phanh với gang có thể đạt được đến 0,4 Guốc phanh đúc được chế tạo cho cơ cấu phanh ô tô tải vừa và lớn

+ Cam quay:

Cam quay nằm trong cơ cấu phanh tang trống với dẫn động phanh khí nén Khi phanh,

áp lực khí nén nhờ bầu phanh đẩy cam quay, guốc phanh dịch chuyển, thực hiện quá trình phanh tang trống Ở trạng thái lắp ráp, cam và guốc phanh ép sát nhau, khe hở

má phanh và tang trống lớn hơn quy định

+ Tự động điều chỉnh khe hở trong hệ thống phanh thủy lực: Để điều chỉnh kịp thời khe hở của má phanh với tang trống khi má phanh quá mòn, trên nhiều ô tô sử dụng

cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở Các dạng cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở thường gặp như sau:

+ Sử dụng lẫy gạt tự động điều chỉnh khi phanh bằng phanh chân

+ Sử dụng đòn chốn hai guốc phanh

1.2.2 Các dạng dẫn động phanh

a) Dẫn động phanh cơ khí:

Dẫn động phanh cơ khí gồm hệ thống các thanh, các đòn bẩy và dây cáp Dẫn động phanh cơ khí ít dùng để điều khiển nhiều cơ cấu phanh vì nó khó đảm bảo phanh đồng thời tất cả các bánh xe, vì độ cứng vững của các thanh dẫn động phanh không như nhau, khó đảm bảo sự phân bố lực phanh cần thiết giữa các cơ cấu phanh Sử dụng ở

hệ thống phanh dừng

b) Dẫn động phanh thuỷ lực:

- Cấu tạo chung: Sơ đồ cấu tạo hệ thống dẫn động phanh chính bằng thuỷ lực được thể hiện trên hình

Cấu tạo chung của hệ thống phanh dẫn động bằng thuỷ lực bao gồm: bàn đạp phanh, xylanh chính (tổng phanh), các ống dẫn, các xylanh công tác (xylanh bánh xe) + Dẫn động thủy lực phanh hai dòng: Ngày nay dẫn động thủy lực yêu cầu với hệ thống phanh là dẫn động hai dòng độc lập nhằm đảm bảo nâng cao độ tin cậy, an toàn cho hệ thống Khi một dòng nào đó bị sự cố, hư hỏng mất tác dụng Sơ đồ bố trí dẫn động thủy lực hai dòng độc lập

+ Sơ đồ bố trí ở hình 1 theo kiểu riêng biệt Khi sự cố xảy ra ở một nhánh cầu trước hay cầu sau thì có thể sảy ra sự mất ổn định chuyển động khi phanh

+ Sơ đồ bố trí ở hình 2 theo kiểu chéo, việc bố trí như thế cho phép vẫn duy trì được phần nào lực phanh ở cầu trước và sau khi có sự cố ở một nhánh, tuy nhiên có thể gây

ra hiện tượng xoay thân xe

Nguyên lý hoạt động :

Ở trạng thái khi không phanh, dầu từ bình chứa điền đầy vào các khoang công tác xy lanh chính, ống (5) và các xy lanh ở cơ cấu phanh dưới bánh xe

Khi người lái tác động vào bàn đạp (1), qua thanh đẩy sẽ tác động vào piston nằm trong xy lanh (2), ép dầu trong xy lanh chính (2) đi đến các đường ống dẫn (5) Chất lỏng với áp suất cao sẽ tác dụng vào các piston ở xy lanh bánh xe (3) và cụm má phanh (7) và tang trống và hai piston này sẽ thắng lực đàn hồi phớt bao kín đẩy các

má phanh (7) ép sát vào đĩa phanh thực hiện quá trình phanh

c) Dẫn động phanh bằng khí nén:

Dẫn động phanh bằng thuỷ lực tuy có ưu điểm là êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy cao nhưng lực phanh tại các bánh xe lại bị hạn chế, phụ thuộc vào lực tác dụng lên bàn đạp d) Dẫn động phanh liên hợp:

Dẫn động phanh liên hợp là kết hợp giữa thuỷ lực và khí nén, trong đó phần thuỷ lực

có kết cấu nhỏ gọn trọng lượng nhỏ, đồng thời đảm bảo cho độ nhạy của hệ thống cao, phanh cùng một lúc được tất cả các bánh xe

1.2.3 Kết cấu trợ lực phanh

a) Trợ lực phanh kiểu khí nén

- Sơ đồ cấu tạo:

- Nguyên lý làm việc:

Khi tác dụng một lực lên bàn đạp phanh, qua các đòn dẫn động , ống 11 đẩy van 9 mở

ra, khí nén từ bình chứa 8 qua van 9 vào khoang A và B tạo lực đẩy piston 5 của xy lanh lực Piston 5 dịch chuyển tác động piston 7 của xy lanh chính làm piston này di chuyển về phía phải ép dầu trong xy lanh chính, dầu có áp lực cao sẽ đi tới các xy lanh làm việc của bánh xe

b) Trợ lực chân không:

- Sơ đồ cấu tạo:

- Nguyên lý làm việc

Khi không phanh cần đẩy 8 dịch chuyển sang phải kéo van khí 5 và van điều khiển 6 sang phải, van khí tì sát van điều khiển đóng đường thông với khí trời, lúc này buồng

A thông với buồng B qua hai cửa E và F và thông với đương ống nạp Không có sự chênh lệch áp suất ở 2 buồng A và B, bầu cường hoá không làm việc

c) Trợ lực chân không kết hợp với thuỷ lực:

- Sơ đồ cấu tạo:

- Nguyên lý làm việc:

Khi chưa phanh van không khí 7 đóng lại, van điều khiển 8 mở ra nhờ lò xo côn 8’ đẩy màng 9 mang theo piston phản hồi 10 đi xống Buồng III thông với buồng II và buồng IIa qua ống 15 như vậy áp suất buồng IIa, IIb bằng nhau và áp suất chân không

ở họng hút của đường ống nạp

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE FORD

RANGER

2.1 Giới thiệu về xe tham khảo

- Động cơ:

Ford Ranger 4x2 XL 2011 được trang bị động cơ Turbo diesel 2.5, 4 xilanh, trục cam đơn có hệ thống làm mát khí nạp Intercooler Dung tích thùng nhiên liêu lớn với 63 lít cho phép các chuyến đi dài mà không phải dừng lại tiếp nhiên liệu nhiều lần

Hệ thống truyền lực: Hệ thống truyền lực của xe bao gồm: Ly hợp, hộp số, truyền lực chính và vi sai, các đăng

- Ly hợp: Đĩa ma sát đơn, điều khiển bằng thủy lực với lò xo đĩa

- Hộp số: Hộp số sàn 5 cấp Ford MT75

Hệ thống điều khiển: Hệ thống lái xe Ford Ranger bao gồm cơ cấu lái bánh răng thanh răng, dẫn động lái và trợ lực lái Cơ cấu lái loại bố trí trên thanh lái ngang Dẫn động lái gồm có: Vành tay lái, trục lái, truyền động các đăng, thanh lái ngang, cam đơn và các khớp nối

Các thông số cơ bản của xe tham khảo thể hiện như bảng 2.1

2.2 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế hệ thống phanh

2.2.1 Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu phanh

a) Cơ cấu phanh đĩa:

+ Ưu điểm của cơ cấu phanh đĩa:

- Khả năng thoát nhiệt tốt do trực tiếp tiếp xúc với môi trường không khí Khối lượng các chi tiết nhỏ, kết cấu đơn giản, không cồng kềnh

- Khe hở má phanh nhỏ khiến quá trình gia tăng áp lực phanh nhanh chóng và êm dịu,

ổn định Đồng thời rút ngắn thời gian chậm tác dụng

+ Nhược điểm của phanh đĩa:

- Cơ cấu phanh làm việc ở điều kiện không được bao kín nên dễ bị bẩn bám lên kết cấu Khi phanh dễ bị hao mòn bề mặt tiếp xúc

- Bụi bẩn dễ bám vào má phanh và đĩa phanh, nhất là khi xe đi vào chỗ bùn lầy và làm giảm ma sát giữa má phanh và đĩa phanh và dẫn đến là làm giảm hiệu quả phanh b) Cơ cấu phanh tang trống:

Những ưu điểm của phanh tang trống là:

- Che bụi tốt

- Giá thành thấp

Bên cạnh đó phanh tang trống còn có nhược điểm:

- Kết cấu cồng kềnh.

- Thiết kế bao kín nên làm mát kém hơn, sử dụng trong thời gian dài gây giảm khả năng phanh do sự giãn nở nhiệt của các thành phần trong cơ cấu phanh

2.2.2 Lựa chọn phương án thiết kế dẫn động phanh

Hệ thống dẫn động phanh thủy lực dựa trên nguyên tắc hoạt động của hệ thống thủy lực thủy tĩnh với những ưu điểm, nhược điểm sau:

+ Ưu điểm :

- Phanh đồng thời các bánh xe với sự phân bố lực phanh trên bánh xe hoặc giữa các

má phanh theo yêu cầu

- Thời gian chậm tác dụng của hệ thống nhỏ, hiệu quả phanh phát huy ngay tác dụng + Nhược điểm:

- Do lực từ bàn đạp phanh trực tiếp tạo nên áp suất cho hệ thống thủy lực nên với yêu cầu tạo áp suất lớn trong hệ thống thì đòi hỏi sức lao động của người lái xe lớn, điều này là không phù hợp và cần có thêm trợ lực

- Dễ dàng bị khí xâm thực vào hệ thống dẫn đến làm giảm hiệu quả phanh hoặc dầu phanh bị sôi (bọt khí xuất hiện) khi phanh liên tục

2.3 Tính toán, thiết kế hệ thống phanh trên xe Ford Ranger

2.3.1 Mô men phanh yêu cầu của hệ thống phanh chính

Mômen phanh cần sinh ra được xác định từ điều kiện đảm bảo hiệu quả phanh lớn nhất, tức là sử dụng hết lực bám để tạo lực phanh Muốn đảm bảo điều kiện đó, lực phanh sinh ra cần phải tỷ lệ thuận với các phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe.Sơ

đồ các lực phanh tác dụng lên ô tô khi phanh được thể hiện trên hình 2.3

- G1 - Trọng lượng toàn bộ của ôtô tác dụng lên cầu trước

- G2 - Trọng lượng toàn bộ của ôtô tác dụng lên cầu sau

- Z1 - Phản lực pháp tuyến từ mặt đường lên bánh trước của xe

- Z2 - Phản lực pháp tuyến từ mặt đường lên bánh sau của xe

- Lo - Chiều dài cơ sở của xe

- Mô men phanh yêu cầu (cần thiết ) là mô men cần thiết mà hệ thống phanh tao ra để hãm chuyển động của xe là lực phanh sinh ra ở vết tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường không vượt qua giới hạn bán kính của bánh xe

- Khi phanh bỏ qua các thành phần có giá trị tương đối nhỏ, chỉ xét ảnh hưởng của lực quán tính, sự phân bố lại tải trọng lên cầu trước và cầu sau

- Xét khi trọng lượng xe đầy tải ở trạng thái tĩnh

- hg - Ðược xác định sơ bộ theo các kích thước S1(vết bánh xe của trục trước)